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压缩模数

(2021-07-15 12:00:01) 百科综合
压缩模数(压缩模量)

压缩模数

压缩模量一般指本词条

压缩模量Es,即土体在侧向完全不能变形的情况下受到的竖向压应力与竖向总应变的比值。是衡量土的压缩性高低的一个重要指标,也是用来计算地基沉降的一个重要参数,一般用于计算在近似一维变形条件下地基的最终沉降量,实验上可由应力-应变曲线起始段的斜率确定。

基本介绍

  • 中文名:压缩模数,压缩模量,无侧限变形模量
  • 外文名:modulus of compressibility

定义

亦称“无侧限变形模量”。土样在室内压缩仪(固结仪)的侧限(无侧胀)压缩试验条件下应力与应变的比值。用Es表示,
(MPa),式中el为土在自重应力作用下的孔隙比,av为土的压缩係数(MPa-1)。土的压缩模量越大,压缩性越小。
现行国际土工试验方法标準中压缩模量的计算公式为:
,即压力的变化除以形变数。

特性

  1. 不同荷载区间将得到不同的压缩模量取值,压缩模量在前期固结压力(结构屈服应力)的前后变化呈现不同的规律,可以将整个变化过程分为5个阶段:应力释放补偿阶段、结构屈服前的压缩阶段、结构屈服阶段、结构屈服强化阶段、结构屈服后的压缩阶段。
  2. 不同的荷载区间长度也会得到不同的压缩模量取值,而且影响变化的幅度较大。
  3. 不同应力路径之后的再压缩过程将得到不同的压缩模量值,主要受前期最大荷载和加卸载循环次数的影响:已经经历结构屈服的试样在多次循环荷载后的压缩模量能基本上得到恢复;前期最大荷载之后的压缩模量随最大荷载值和加卸载循环次数的增加而增加。
  4. 对于经历多次加卸载循环的试样,在不同循环次数之后的再载入压缩模量的一般规律为:第1次循环的压缩模量较小,究其原因是应力释放造成的,之后各循环的压缩模量可比第一次时大好几倍;压缩模量与前期承受的最大荷载的关係符合与单一载入的压缩试验结果相同。

套用

土的压缩模量是评价土的压缩性和计算地基变形的重要指标,是进行地基和建筑物沉降计算时需要确定的一个主要土性参数。在工程中,通常是通过侧限条件下固结试验中的各项参数来直接计算的。事实上,地基土的特性是极其複杂的,其压缩模量是随荷载不断变化的,如何正确估算是计算沉降的关键。
压缩模量的工程意义有两种:一是作为土的参数,对土的压缩性、地基均匀性进行评价,都用E0.1- 0.2,保证可比性;二是作为计算参数,依据Es可採用分层总和法进行地基最终沉降量S计算,计算用Ep0-(p0+Δp),保证真实可靠性。所以正确选用Es对建筑物的安全直观重要。

相关模量

变形模量(deformation modulus),天然土层受到的竖向压应力与发生的竖向总应变的比值。通常在将地层土体的本构模型简化为弹性模型进行计算时採用。含义与弹性模量雷同,量值则同时包含塑性变形的影响,并常由原位荷载板试验或旁压仪试验测定。
弹性模量(elasticity modulus),亦称“弹性常数”、“弹性係数”。材料在弹性极限内应力与应变的比值。反映材料的刚度,是度量物体在弹性範围内受力时变形大小的常数。各向同性物体的弹性模量,包括拉压弹性模量E、剪下弹性模量G、体积弹性模量K,以及泊松比μ 和拉梅弹性常数λ。对于各向同性弹性体,上述五个弹性模量中只有两个是独立的,故每一个弹性模量可用其中另两个表示,如
材料的弹性模量由其本身的性质决定,可由实验方法测定。它是弹性理论及其有关的学科中广为使用的常数,多用于研究物体在外力影响下应力与应变的关係。此外,根据地震波在地球内部的传播速度和弹性模量的关係,可为探索地球内部结构提供一定资料。
体积模量(bulk modulus),又称体积鬆弛模量。单位体积应变作用下的体积应力回响,常记作3K (t),用它和剪下鬆弛模量G (t) 表述三维积分型本构关係。
剪下模量(shear modulus),材料在剪下应力作用下,在弹性变形範围内,切应力与切应变的比值。 即G=τ/γ。反映材料抵抗切应变的能力。各向同性材料,剪下模量与弹性模量之间存在着下式关係:G=E/2(1+ μ)。其中E为弹性模量,μ为泊松比。 各向异性複合材料不存在上述关係。 剪下模量因铺层方式不同而异。但可用单向(0°)複合材料的剪下弹性模量计算获得,因此,複合材料的剪下弹性模量Gxy是複合材料设计的重要参量。
切线模量(tangent modulus),材料应力-应变曲线上某点切线倾角的正切。弹性阶段的切线模量即弹性模量。钢材和木材应力-应变曲线的弹塑性阶段,混凝土应力-应变曲线的应力上升段,都是应力愈高,切线模量愈低。钢材的切线模量用于研究钢材在弹塑性阶段的工作性能。
割线模量(secant modulus),材料的非线性应力-应变关係曲线上的任一点与座标原点的连线所确定的模量。
根据土的受力方式和取值方法的不同,定义出了以上这些模量,它们的研究角度虽然不同,但其本质基本一致。

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